DE10066299B4 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents
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Abstract
einem Ventilgehäuse (11) mit zumindest einer Einspritzöffnung (13);
einer Düsennadel (2), die gleitfähig beweglich ist in dem Ventilgehäuse (11) zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung (13);
einer Regelkammer (3) zum Drängen der Düsennadel (2) in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung (13), wenn hydraulischer Druck darauf aufgebracht ist, und Veranlassen des Starts des Hubs der Düsennadel (2), wenn hydraulischer Druck einen minimalen Ventilöffnungsdruck erreicht;
einer Niederdruckleitung (17) für die Verbindung mit dem Ablasskanal;
einer Hochdruckleitung (15) für die Verbindung mit dem Hochdruckkanal;
einem Dreiwegeventil (4) mit einer Ventilkammer (42), einem ersten, zweiten und dritten Anschluss (43, 44 und 45), die in der Ventilkammer (42) vorgesehen sind, und, einem Ventilkörper (41), der in der Ventilkammer (42) beweglich ist;
einer Antriebseinrichtung (5) zum Antreiben des Ventilkörpers (41), um wahlweise den ersten oder den zweiten...
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das anwendbar ist auf Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen der sogenannten Common-rail-Art (= gemeinsame Hochdruckleitung), und insbesondere auf die Bauweise des Kraftstoffeinspritzventils.
- Als ein Kraftstoffzufuhrsystem für Brennkraftmaschinen ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art gut bekannt, wobei Kraftstoff durch eine Hochdruckzufuhrpumpe mit Druck beaufschlagt wird und in einer Common-rail gesammelt wird und in jedem Zylinder mit einer gegebenen Zeitgebung eingespritzt wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art hat Vorteile, dass die Einspritzzeitgebung und die Einspritzmenge genau gesteuert werden. Als ein Kraftstoffeinspritzventil des Kraftstoffeinspritzsystems der Common-rail-Art, wie es in dem
US-Patent Nr. 5819710 offenbart ist, ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, wobei eine Ventilöffnungs- und Schließkraft zum Bewegen der Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung gegeben ist durch hydraulischen Druck in einer Steuerkammer. Ein Dreiwegeventil steuert den hydraulischen Druck in der Steuerkammer. Das Dreiwegeventil hat einen Ventilkörper, der durch ein piezoelektrisches Stellglied angetrieben wird. Die Steuerkammer ist wahlweise mit einem Niederdruckkanal oder einem Hochdruckkanal verbunden gemäß einer Position, bei der der Ventilkörper sitzt. Wenn der Ventilkörper angetrieben wird, um den Niederdruckkanal zu öffnen und den Hochdruckkanal zu schließen, wird die Steuerkammer mit der Niederdruckkammer verbunden, so dass der hydraulische Druck in der Steuerkammer vermindert werden kann und die Düsennadel bewegt werden kann, um die Einspritzöffnung zu öffnen, durch die Kraftstoff eingespritzt wird. - Das vorstehend erwähnte herkömmliche Einspritzventil ist mit einer Blende zwischen dem Dreiwegeventil und den Steuerkammern versehen. Die Blende dient zum Einstellen einer Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel und einer Ventilschließgeschwindigkeit der selben. Da sowohl während einer Ventilöffnungszeit als auch während einer Ventilschließzeit Kraftstoff durch die selbe Blende hindurchtritt, können die Verminderungs- und Erhöhungsgeschwindigkeiten des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer nicht unabhängig voneinander gesteuert werden. Vorzugsweise soll als eine Einspritzcharakteristik die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer relativ langsam sein, um die Düsennadel bei der Ventilöffnungszeit langsam zu bewegen, und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks soll relativ schnell sein, um die Düsennadel schnell zu bewegen bei der Ventilschließzeit. Wenn jedoch bei dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil die Blende größer wird, werden sowohl die Erhöhungs- als auch die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks höher. Wenn im Gegensatz ein Durchmesser der Blende kleiner wird, wird sowohl die Erhöhungs- als auch die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks niedriger. Deshalb ist ein Kraftstoffeinspritzventil gewünscht mit einer Charakteristik eines langsamen Öffnens des Ventils und eines schnellen Schließens des Ventils.
- Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der
EP 0 976 924 A2 bekannt. Weitere Einspritzventile sind aus derJP 9-317593A US 5 819 710A , derDE 44 06 901 A1 und derDE 199 58 872 A1 bekannt. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, bei der eine Druckverminderungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer relativ niedrig ist und eine Druckerhöhungsgeschwindigkeit des Steuerkammerdrucks relativ hoch ist, so dass die Düsennadel langsam bewegt werden kann bei einer Ventilöffnungszeit und schnell bei einer Ventilschließzeit.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des neuen Patentanspruchs 1 gelöst.
- Das Kraftstoffventil ist zusammengesetzt aus einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung, einer Steuerkammer zum Drängen der Düsennadel in einer Schließrichtung der Einspritzöffnung, wenn hydraulischer Druck dieser zugeführt wird, Niederdruck- und Hochdruckkanälen, einem Dreiwegeventil mit einer Ventilkammer, einem Ventilkörper und einem ersten, zweiten und dritten Anschluss, einem ersten Kanal, der den ersten Anschluss mit dem Niederdruckkanal verbindet, einem zweiten Kanal, der dem zweiten Anschluss mit dem Hochdruckkanal verbindet, einem dritten Kanal, der den dritten Anschluss mit der Steuerkammer verbindet, und einem vierten Kanal, der die Steuerkammer mit dem Hochdruckkanal verbindet. Der dritte und vierte Kanal sind jeweils mit einer Hauptblende versehen und einer Hilfsblende.
- Mit der vorstehend erwähnten Bauweise kann die Steuerkammer mit dem Niederdruckkanal verbunden werden über den dritten Kanal, die Ventilkammer und den ersten Kanal, wenn der Ventilkörper den ersten Kanal öffnet und den zweiten Kanal schließt, und kann mit dem Hochdruckkanal verbunden werden über den dritten Kanal, die Ventilkammer und den zweiten Kanal, wenn der Ventilkörper den ersten Anschluss schließt und den zweiten Anschluss öffnet.
- Wenn des Weiteren bei der Ventilöffnungszeit der Ventilkörper angetrieben wird, um den ersten Anschluss zu öffnen und der Druck der Ventilkammer reduziert wird, wird der Druck in der Steuerkammer reduziert. Anderseits wird Hochdruck noch auf die Steuerkammer aufgebracht, da die Steuerkammer immer mit dem Hochdruckkanal verbunden ist über den vierten Kanal mit der Hilfsblende. Deshalb ist eine Druckverminderungsgeschwindigkeit in der Steuerkammer relativ niedrig und die Bewegung der Düsennadel zum Öffnen der Einspritzöffnung wird relativ langsam.
- Wenn dann bei der Ventilschließzeit der Ventilkörper angetrieben wird, um den ersten Anschluss zu schließen und der Druck der Ventilkammer erhöht wird, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht. Gleichzeitig wird Hochdruck unmittelbar auf die Steuerkammer aufgebracht von dem Hochdruckkanal über den vierten Kanal mit der Hilfsblende. Deshalb ist eine Druckerhöhungsgeschwindigkeit in der Steuerkammer relativ hoch und die Bewegung der Düsennadel zum Schließen der Einspritzöffnung wird relativ schnell.
- Wenn ein Durchmesser der Hilfsblende klein ist relativ zu einem Durchmesser der Hauptblende, kann der Druck in der Steuerkammer nicht erhöht werden mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit. Wenn andererseits der Durchmesser der Hilfsblende relativ groß ist gegenüber der Hauptblende, wird ein minimaler Ventilöffnungsdruck der Düsennadel zu hoch. Um demgemäß sowohl eine scharfe Ventilschließcharakteristik als auch einen niedrigen minimalen Ventilöffnungsdruck zu gewährleisten, fällt vorzugsweise ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende gegenüber der Hauptblende (ein Durchmesser der Hilfsblende/ein Durchmesser der Hauptblende) in einem Bereich von 0,5 bis 1,0, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck der Düsennadel eingerichtet ist, um nicht größer als 20 Mpa zu sein.
- Wenn des Weiteren der minimale Ventilöffnungsdruck der Düsennadel eingerichtet ist, um nicht größer als 30 Mpa zu sein, kann das Durchmesserverhältnis der Hilfsblende zu der Hauptblende innerhalb einem Bereich von 0,6 bis 1,2 fallen, um die scharfe Ventilschließcharakteristik und den verfügbaren niedrigen minimalen Ventilöffnungsdruck zu verwirklichen.
- Vorzugsweise hat das Kraftstoffeinspritzventil eine Federkammer, die mit dem Hochdruckkanal verbunden ist. Eine Feder zum Drängen der Düsennadel in eine Ventilschließrichtung ist in der Federkammer untergebracht. Ein Kopf der Düsennadel ist auch in der Federkammer untergebracht und ist mit der Steuerkammer versehen und dem vierten Kanal mit der Hilfsblende, die die Federkammer und die Steuerkammer verbindet. Der dritte Kanal mit der Hauptblende erstreckt sich von der Steuerkammer zu dem zweiten Anschluss über einen Raum der Federkammer aber ohne eine Verbindung mit der Federkammer.
- Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise, weil die Steuerkammer innerhalb des Kopfes der Düsennadel ausgebildet ist, ist ein Volumen der Steuerkammer relativ klein, so dass eine gute Steuerbarkeit gewährleistet werden kann. Des Weiteren kann der dritte Kanal gebildet sein und einfach hergestellt werden beispielsweise durch ein Leitungselement und die Hauptblende kann auch einfach hergestellt werden. Weil darüber hinaus der vierte Kanal mit der Hilfsblende ausgebildet ist in dem Kopf und ihre Bauweisen einfach sind, ist die Herstellung derselben sehr einfach.
- Vorzugsweise gibt es einen Düsenhubanschlag, mit dem ein oberes Ende der Düsennadel in Kontakt treten kann und durch den eine Bewegung der Düsennadel angehalten werden kann zum Begrenzen eines Hubbetrags der selben. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil nicht mit dem Anschlag versehen ist, wird der Hubbetrag unnötigerweise groß bei der Ventilschließzeit, so dass eine Bewegungsstrecke der Düsennadel länger wird, was zu einer längeren Zeit zum Schließen der Einspritzöffnung führt. Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem vorstehend erwähnten Anschlag hat eine gute Ventilschließansprechcharakteristik.
- Vorzugsweise ist der dritte Kanal mit der Hauptblende zu einer Oberfläche des Anschlagabschnitts geöffnet, der der Steuerkammer zugewandt ist, so dass die Düsennadel den dritten Kanal schließen kann, wenn die obere Endfläche der Düsennadel sich in Kontakt mit dem Anschlag befindet. Mit der vorstehend erwähnten Bauweise wird bei der Ventilschließzeit Hochdruck des Kraftstoffs, der in dem dritten Kanal über die Ventilkammer fließt, auf die obere Endfläche der Düsennadel aufgebracht. Demgemäß kann die Düsennadel den Ventilschließvorgang sofort beginnen ohne Verbringen einer Zeit, während der Hochdruckkraftstoff in einen Spalt zwischen der oberen Endfläche der Düsennadel und der Anschlagfläche eintritt von einem Umfang der selben.
- Die Hauptblende ist vorzugsweise in dem dritten Kanal bei einem Öffnungsende der Steuerkammer ausgebildet. Um die Ventilschließansprechcharakteristik zu verbessern ist es besser, dass ein Bereich größer ist, bei dem die Düsennadel und der Anschlag sich in Kontakt miteinander befinden. Wenn die Hauptblende bei dem Öffnungsende der Steuerkammer ausgebildet ist, kann ein Bereich des Anschlags kleiner sein, so dass der Bereich kleiner werden kann, bei dem die Düsennadel und der Anschlag sich in Kontakt miteinander befinden.
- Zumindest der zweite und vierte Kanal können in einem blockförmigen Kanalbildungselement ausgebildet sein, das zwischen der Ventilkammer und der Steuerkammer angeordnet ist, dessen eine Endfläche ein Teil einer Wand der Ventilkammer bildet und dessen andere Endfläche einen Teil einer Wand der Steuerkammer bildet. Das Kanalbildungselement ist mit dem Hochdruckkanal versehen, der dieses von einer Endfläche zu der anderen Endfläche durchdringt, einem Zweigkanal, der sich von dem Hochdruckkanal erstreckt, dem zweiten Kanal, der sich von dem Zweigkanal zu der Ventilkammer erstreckt, und dem vierten Kanal mit der Hilfsblende, die sich von dem Zweigkanal zu der Steuerkammer erstreckt. Dabei sind jeweilige Verbindungen des Zweigkanals mit dem Hochdruckkanal, dem zweiten Kanal und zu dem vierten Kanal hergestellt, vorzugsweise mit einem Winkel der größer als ein nahezu rechter Winkel ist, so dass die jeweiligen Verbindungen des Zweigkanals von einer Beschädigung durch den Hochdruckkraftstoff abgehalten werden können. Da des Weiteren das Kanalbildungselement ein einzelnes Element ist, kann das Kraftstoffeinspritzventil aus einer geringen Anzahl an Teilen und Komponenten mit niedrigeren Kosten zusammengesetzt sein.
- Der Zweigkanal kann gebildet sein durch eine Öffnung, die sich horizontal erstreckt von dem Hochdruckkanal zu einem Inneren des Kanalbildungselements oder eine Nut, die sich von dem Hochdruckkanal an zumindest einer Endfläche des Kanalbildungselements erstreckt.
- Die Nut kann an jeder von entgegengesetzten Endseiten des Kanalbildungselementes vorgesehen sein. Der zweite Kanal ist mit einer der Nuten verbunden und der vierte Kanal mit der Hilfsblende ist mit der anderen der Nuten verbunden. Wenn dabei die Nuten sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Hochdruckkanal erstrecken, um den zweiten und vierten Kanal dazwischen zu legen, können der zweite und vierte Kanal einfach hergestellt werden ohne dass sie sich gegenseitig stören.
- Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anerkannt sowie Verfahren des Betriebs und der Funktion der dazugehörigen Teile aus einer Studie der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. Zeichnungen:
-
1 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem nicht beanspruchten ersten Erläuterungsbeispiel. -
2a bis2e zeigen Zeitdiagramme zum Erläutern eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils von1 . -
3a zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Hauptblende und einer hydraulischen Druckverminderungs- oder Erhöhungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer, wenn eine Hilfsblende nicht vorgesehen ist. -
3b zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Hauptblende und einer hydraulischen Druckverminderungs- oder Erhöhungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer, wenn eine Hilfsblende vorgesehen ist. -
4a zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und eines minimalen Ventilöffnungsdrucks als ein erstes Beispiel. -
4b zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und einer Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei einer Ventilöffnungszeit als ein erstes Beispiel. -
5a zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und einen minimalen Ventilöffnungsdruck als ein zweites Beispiel. -
5b zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei einer Ventilöffnungszeit als ein zweites Beispiel. -
6 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem nicht beanspruchten zweiten Erläuterungsbeispiel. -
7 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. -
8 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. -
9a zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. -
9b zeigt eine Draufsicht eines Kanalbildungselements des Kraftstoffeinspritzventils von9a . -
9c zeigt eine perspektivische Ansicht des Kanalbildungselements von9b . - Und
10 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. - Erstes Erläuterungsbeispiel
-
1 zeigt eine Skizze eines Kraftstoffeinspritzventils1 gemäß einem ersten Erläuterungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kraftstoffeinspritzventil1 wird auf typische Weise bei einem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art verwendet zum direkten Einspritzen von Hochdruckkraftstoff, der in der Common-rail gesammelt wird, in jedem Zylinder des Motors hinein. Ein Ventilgehäuse11 ist bei seinem unteren Abschnitt vorgesehen mit einem Zylinder12 , in dem eine Düsennadel2 auf gleitfähige Weise untergebracht ist. In1 tritt ein führender Abschnitt der Düsennadel2 in Kontakt mit einer Einspritzöffnung13 und schließt diese, die bei einem führenden Ende des Ventilgehäuses11 vorgesehen ist. - Der Zylinder
12 ist bei seinem oberen Teil mit einer Regelkammer3 versehen, um hydraulischen Druck auf die Düsennadel2 aufzubringen in einer Schließrichtung der Einspritzöffnung13 (in einer Ventilschließrichtung). Die Düsennadel2 bewegt sich in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in dem Zylinder12 gemäß einem erhöhten oder verminderten hydraulischen Druck in der Regelkammer3 . Eine Feder14 zum Drängen der Düsennadel2 in der Ventilschließrichtung ist in der Regelkammer3 angeordnet. Die Düsennadel2 ist bei ihrem unteren Teil mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der ihres anderen Abschnitts. Ein ringförmiger Raum ist zwischen dem kleindurchmessrigen Abschnitt und dem Zylinder12 ausgebildet. Der ringförmige Raum ist mit einem Hochdruckkanal15 verbunden und bildet einen Kraftstoffsammelraum1 . - Das Ventilgehäuse
11 ist bei seinem mittleren Teil mit einem Dreiwegeventil4 versehen zum Erhöhen und Vermindern des hydraulischen Drucks der Regelkammer3 . Das Dreiwegeventil4 ist aus einer Ventilkammer42 und einem kugelförmigen Ventilkörper41 zusammengesetzt. Die Ventilkammer42 ist bei ihrem oberen Ende mit einem Niederdruckanschluss43 versehen als ein Ablaufanschluss (erster Anschluss), bei einem unteren Ende mit einem Hochdruckanschluss44 (zweiter Anschluss) und bei einer Seitenfläche mit einem Verbindungsanschluss45 (dritter Anschluss). Der Ventilkörper41 kann wahlweise zum Öffnen und Schließen des Niederdruck- und Hochdruckanschlusses43 und44 bewegt werden. Der Niederdruckanschluss43 ist über einen Kanal22 (erste Leitung) und eine Niederdruckleitung17 oder einen Ablaufkanal mit einem Niederdruckkanal in dem (nicht gezeigten) System verbunden und der Hochdruckanschluss44 ist über eine Leitung23 (zweite Leitung) und eine Hochdruckleitung15 mit einer äußeren Hochdruckkraftstoffquelle oder einem Kanal (beispielsweise der Common-rail) verbunden. - Der Ventilkörper
41 wird durch ein piezoelektrisches Stellglied5 angetrieben, das in einem oberen Ende des Ventilgehäuses11 untergebracht ist. Das piezoelektrische Stellglied5 ist mit einem Piezoelement51 versehen, das sich verformt, um gemäß dem Anlegen oder nicht Anlegen einer elektrischen Spannung zu expandieren oder zu kontrahieren, einem Piezokolben52 in Kontakt mit einer Endfläche des Piezoelements51 und gleitfähig beweglich in dem Zylinder54 und einer Stange53 , die sich abwärts erstreckt von einer Mitte einer Endfläche des Piezokolbens52 , um durch den Hochdruckanschluss44 hindurch zu treten und in Kontakt zu treten mit dem Ventilkörper41 . Wenn sich der Piezokolben51 abwärts oder aufwärts bewegt durch die Expansion oder Kontraktion des Piezoelements51 , tritt der Ventilkörper41 in Kontakt mit einer konischen Sitzfläche44a des Hochdruckanschlusses44 oder einer konischen Sitzfläche53a des Niederdruckanschlusses43 , so dass der Hochdruck- und Niederdruckanschluss wahlweise geschlossen werden. - Eine Blattfeder
55 ist in dem Zylinder54 unterhalb des Piezokolbens52 angeordnet und spannt das Piezoelement51 aufwärts (in Kontraktionsrichtung) vor über den Piezokolben52 . Eine Zuführleitung56 ist mit einer oberen Fläche des Piezoelements51 zum Anlegen der Spannung daran verbunden. - Eine Leitung
24 (dritte Leitung), die eine Hauptblende61 bildet, ist verbunden zwischen einem oberen Ende der Regelkammer3 und dem Ventilelement42 über den Verbindungsanschluss45 , so dass die Regelkammer2 immer mit der Ventilkammer42 verbunden ist. Das heißt, dass die Regelkammer3 mit der Niederdruckleitung17 und der Hochdruckleitung15 wahlweise verbunden ist gemäß den Positionen, an denen der Ventilkörper41 sitzt, so dass der hydraulische Druck, der auf die Düsennadel3 wirkt, erhöht oder vermindert werden kann. - Des Weiteren ist eine Leitung
25 (vierte Leitung), die eine Hilfsblende62 bildet, mit einer Seitenfläche der Regelkammer3 und der Hochdruckleitung15 verbunden, so dass die Regelkammer3 immer mit der Hochdruckleitung15 verbunden ist und Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung15 kontinuierlich auf die Regelkammer3 aufgebracht wird. - Die Hilfsblende
62 wirkt zum Erzielen einer relativ niedrigen Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer, wodurch die Düsennadel2 zum langsamen Öffnen der Einspritzöffnung13 veranlasst wird. Um die Einspritzcharakteristik zu optimieren, wird ein Verhältnis eines Durchmessers der Hilfsblende62 zu dem der Hauptblende61 wichtig bezüglich dessen, was später beschrieben ist. - Ein Betrieb des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzventils wird beschrieben unter Bezugnahme auf ein in
2a bis2e gezeigtes Zeitdiagramm.1 zeigt einen Zustand, wobei der Ventilkörper41 des Dreiwegeventils4 sich in Kontakt befindet mit der Sitzfläche43a , so dass der Niederdruckanschluss43 geschlossen ist und der Hochdruckanschluss44 offen ist. Die Regelkammer3 ist mit der Hochdruckleitung15 verbunden über einen Weg der Hauptblende61 und der Ventilkammer42 und über einen anderen Weg der Hilfsblende62 . Die Düsennadel2 schließt die Einspritzöffnung13 bei der Aufnahme von hydraulischen Druck von der Regelkammer3 und der Vorspannkraft der Feder14 . - Als nächstes wird bei der Ventilöffnungszeit der Düsennadel
2 die elektrische Spannung über die Zufuhrleitung56 auf das piezoelektrische Element51 des piezoelektrischen Stellglieds5 angelegt (siehe ein Punkt a in2a bis2e ), so dass das pieozoelektrische Element51 expandiert gegen eine Vorspannkraft der Blattfeder55 . Deshalb drückt die Stange53 des Piezokolbens52 den Ventilkörper41 abwärts, der sich in Kontakt befindet mit der Sitzfläche43a des Niederdruckanschlusses43 , zum Öffnen des Niederdruckanschlusses43 und dann zum in Kontakt treten mit der Sitzfläche44a des Hochdruckanschlusses44 zum Schließen des Hochdruckanschlusses. Demgemäß ist die Regelkammer3 mit der Niederdruckleitung17 verbunden und Kraftstoff aus der Regelkammer3 fließt in die Niederdruckleitung17 über die Hauptblende61 und die Ventilkammer42 , so dass hydraulischer Druck in der Regelkammer reduziert wird. - Da andererseits die Regelkammer
3 immer mit der Hochdruckleitung15 verbunden ist über die Hilfsblende62 und Hochdruckkraftstoff in die Regelkammer3 fließt, vermindert sich der Druck in der Regelkammer3 langsam. Wenn hydraulischer Druck in dem Kraftstoffsammelraum16 , der die Düsennadel2 aufwärts drückt, eine Summe des hydraulischen Drucks in der Regelkammer3 und eine Vorspannkraft der Feder14 überschreitet, drücken beide die Düsennadel2 abwärts, die Düsennadel2 startet den Hub und die Hubgeschwindigkeit der Düsennadel2 wird langsam, so dass die Einspritzrat im Anfangsstadium niedrig sein kann. - Als nächstes wird bei der Ventilschließzeit der Düsennadel
2 die an das piezoelektrische Element51 des Pieozostellglieds5 angelegte elektrische Spannung gesenkt (ein Punkt b in2a bis2e ). Demgemäß kontrahiert das Piezoelement51 , so dass der Piezokolben52 aufwärts bewegt werden kann durch eine Vorspannkraft der Blattfeder55 und der Ventilkörper kann aufwärts bewegt werden durch hydraulischen Druck, der aufwärts aufgebracht wird auf den Hochdruckanschluss44 . In Folge dessen verlässt der Ventilkörper41 die Sitzfläche44a , um den Hochdruckanschluss44 zu öffnen und kommt dann in Kontakt mit der Sitzfläche43a , um den Niederdruckanschluss43 zu schließen. Deshalb ist die Regelkammer3 über die Hauptblende61 , den Verbindungsanschluss45 , die Ventilkammer42 und den Hochdruckanschluss44 mit der Hochdruckleitung15 verbunden, so dass hydraulischer Druck in der Regelkammer3 erhöht werden kann. - Da die Regelkammer
3 immer über die Hilfsblende62 mit der Hochdruckleitung15 verbunden ist, wird Hochdruckkraftstoff sowohl über die Haupt- als auch die Hilfsblende61 und62 zugeführt. Wie in2c gezeigt ist, wird demgemäß hydraulischer Druck in der Regelkammer3 stark erhöht. Und wenn die Summe des hydraulischen Drucks in der Regelkammer3 und der Vorspannkraft der Feder14 den hydraulischen Druck in der Kraftstoffsammelkammer16 überschreitet, bewegt sich die Düsennadel2 aufwärts mit einer hohen Geschwindigkeit, um die Einspritzöffnung13 schnell zu schließen und die Kraftstoffeinspritzung anzuhalten, wie in2d gezeigt ist. -
3a und3b zeigen eine Wirkung der Hilfsblende62 bei der Ventilöffnungs- und Schließzeit. Wenn nur die Hauptblende61 vorgesehen ist und die Hilfsblende62 nicht vorgesehen ist, ist eine Beziehung zwischen einem Durchmesser der Hauptblende61 und der Verminderungsgeschwindigkeit oder Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer3 in3a gezeigt. Dabei sind die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks identisch. Wenn der Durchmesser der Hauptblende61 auf einen kleineren Wert eingerichtet ist, um die Ventilöffnungsgeschwindigkeit zu senken, das heißt die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer3 , auf einen Wert unterhalb eines Sollwerts der Druckverminderungsgeschwindigkeit, überschreitet eine Ventilschließgeschwindigkeit, das heißt die Erhöhnungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer3 , niemals einen Sollwert der Druckerhöhungsgeschwindigkeit. Wenn andererseits der Durchmesser der Hauptblende61 auf einen größeren Wert eingerichtet ist, um die Erhöhungsgeschwindigkeit zu erhöhen, trifft die Verminderungsgeschwindigkeit nicht den Sollwert. - Wenn die Hilfsblende
62 eingesetzt wird, ist der Verminderungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks und der Erhöhungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks durch eine gestrichelte Linie und eine Strichpunktlinie in3b jeweils gezeigt. Der Verminderungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks wird nach rechts verschoben und der Erhöhungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks wird nach links verschoben im Vergleich mit dem kennzeichnenden Verlauf ohne die Hilfsblende62 . Wie in3b gezeigt ist, ist die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks langsamer und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hyrdaulischen Drucks ist schneller im Vergleich mit der Geschwindigkeit ohne die Hilfsblende62 . Wenn beispielsweise der Durchmesser der Hauptblende61 gleich R ist, ist die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks gleich A und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks ist gleich B, wobei beide innerhalb die jeweiligen Sollwerte fallen und diese erfüllen. - Als nächstes wird das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende
62 und des Durchmessers der Hauptblende61 unter Bezugnahme auf4a und4b beschrieben. Wie in4a gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 größer wird, wird ein minimaler Ventilöffnungsdruck größer, so dass ein höherer Druck erforderlich ist zum Anheben der Düsennadel2 . Wenn der minimale Ventilöffnungsdruck eingerichtet ist, um nicht größer als 20 Mpa zu sein als ein Sollwert bei einem allgemeinen Kraftstoffeinspritzventil, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 vorzugsweise unterhalb von 1,0. - Wie des Weiteren in
4b gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 kleiner wird, wird eine Verminderungsgeschwindigkeit der Einspritzrate bei der Ventilschließzeit kleiner, so dass der schnelle Ventilschließbetrieb nicht erreicht werden kann. Um einen Sollwert (beispielsweise 1000 mm3/ms2) der Verminderungsgeschwindigkeit der Einspritzrate bei der Ventilschließzeit zum Gewährleisten einer Sollventilschließgeschwindigkeit zu treffen, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmessers der Hauptblende61 bei nicht weniger als 0,5. - Wie darüber hinaus in
5a gezeigt ist, die ein anderes Beispiel darstellt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck eingerichtet ist, um nicht größer als 30 Mpa als ein Sollwert zu sein, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 vorzugsweise unterhalb 1,2. Wie des Weiteren in5b gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 kleiner wird, wird eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei der Ventilschließzeit kleiner, so dass das schnelle Schließen des Ventils nicht erreicht werden kann. Um einen Sollwert (beispielsweise 1000 mm3/ms2) der Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei der Ventilschließzeit zu treffen zum Gewährleisten einer Sollventilschließzeit, beträgt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende61 vorzugsweise nicht weniger als 0,6. - Zweites Erläuterungsbeispiel
-
6 zeigt ein zweites Erläuterungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Obwohl die Regelkammer3 , die oberhalb der Düsennadel2 vorgesehen ist, gemeinsam als eine Federkammer zum Unterbringen der Feder14 gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel wirkt, ist die Regelkammer3 innerhalb der Düsennadel2 vorgesehen separat von einer Federkammer18 gemäß dem zweiten Erläuterungsbeispiel. Das heißt, dass die Federkammer18 , deren Durchmesser größer als der des Zylinders12 ist, in dem Ventilgehäuse11 oberhalb des Zylinders12 vorgesehen ist, wo sich die Düsennadel auf gleitfähige Weise bewegt. Ein großdurchmessriger Kopfabschnitt21 der Düsennadel2 ist in der Federkammer18 untergebracht. Die Regelkammer3 , die ein kleineres Volumen hat, ist in dem Kopfabschnitt21 der Düsennadel2 vorgesehen. Die Federkammer18 ist oberhalb des Kopfabschnitts21 mit einer Feder14 versehen, die die Düsennadel2 abwärts vorspannt. Ein oberes Ende der Federkammer18 ist mit der Hochdruckleitung15 verbunden, um Hochdruckkraftstoff in die Federkammer18 einzuführen ohne Umgehen des Dreiwegeventils4 . - Ein Verbindungsröhrchen
21 erstreckt sich aufwärts und koaxial mit der Düsennadel2 zum Verbinden der Regelkammer3 und der Ventilkammer42 des Dreiwegeventils4 . Ein Ende des Verbindungsröhrchens71 ist mit dem Verbindungsanschluss45 verbunden, der zu einer Seitenfläche der Ventilkammer42 offen ist. Das andere Ende des Verbindungsröhrchens71 ist über die Hauptblende71 , die in dem Kopfabschnitt21 vorgesehen ist, mit einem oberen Ende der Regelkammer3 verbunden. Ein Durchmesser der Hauptblende61 , die aus einem ringförmigen Element hergestellt ist, ist kleiner als ein Innendurchmesser des Verbindungsröhrchens71 . Eine Innenleitung des Verbindungsröhrchens71 und die Hauptblende61 bilden die dritte Leitung zum Verbinden der Ventilkammer42 mit der Regelkammer3 . - Der Kopfabschnitt
21 ist mit der Hilfsblende62 versehen, die zu einer Seitenfläche der Regelkammer3 mündet, und einer Leitung72 , deren Ende mit der Hilfsblende62 verbunden ist und deren anderes Ende zu der Federkammer18 mündet. Demgemäß ist die Federkammer18 , in die Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung15 eingeführt wird und die einen Teil der Hochdruckleitung bildet, immer über die Leitung72 und die Hilfsblende72 mit der Regelkammer3 verbunden. Die Leitung72 und die Hilfsblende62 bilden die vierte Leitung zum Verbinden der Regelkammer3 mit der Hochdruckleitung15 . - Die Federkammer
18 ist über einen Spalt zwischen der inneren Wand des Zylinders12 und einen Gleitabschnitt der Düsennadel2 mit dem Kraftstoffsammelraum16 verbunden. Deshalb wird Hochdruckkraftstoff aus der Hochdruckleitung15 über die Federkammer18 und den Spalt zwischen dem Zylinder12 und der Düsennadel2 zu der Kraftstoffsammelkammer16 zugeführt. Die anderen Strukturen, wie beispielsweise das piezoelektrische Stellglied und das Dreiwegeventil4 gemäß dem zweiten Erläuterungsbeispiel sind die selben wie gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel. - Die Bauweise mit der Hilfsblende
62 gemäß dem zweiten Erläuterungsbeispiel dient auch dazu, dass die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks der Regelkammer3 langsam eingerichtet wird, um eine langsamere Ventilöffnung der Düsennadel2 zu gewährleisten und um die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks der Regelkammer schnell einzurichten, um ein scharfes und schnelles Ventilschließen der Düsennadel2 zu gewährleisten. - Des Weiteren ist ein Volumen der Regelkammer
3 gemäß dem zweiten Erläuterungsbeispiel kleiner als das gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel, da die Regelkammer3 des zweiten Erläuterungsbeispiel separat von der Federkammer18 vorgesehen ist und die Regelkammer3 des ersten Erläuterungsbeispiels vorgesehen ist, um gemeinsam als die Federkammer zu wirken. Demgemäß ist eine Steuerbarkeit des zweiten Erläuterungsbeispiels besser als die des ersten Erläuterungsbeispiels. - Da darüber hinaus die Haupt- und die Hilfsblende
61 und62 in dem Kopfabschnitt21 der Düsennadel2 ausgebildet sind, wird die Herstellung der Blenden einfach. Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzdruckabfall kleiner, weil die Federkammer18 einen Teil der Leitung bildet für die Zufuhr von Hochdruckkraftstoff zu der Kraftstoffsammelkammer16 und auch als ein Sammler dient zum Sammeln von Hochdruckkraftstoff in der Nähe der Einspritzöffnung13 . - Erstes Ausführungsbeispiel
- Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf
7 beschrieben. Das Kraftstoffeinspritzventil des ersten Ausführungsbeispiels ist mit einem Düsenanschlag8 versehen zum Begrenzen eines Hubbetrags der Düsennadel2 , um eine Ventilschließansprechcharakteristik der Düsennadel2 zu verbessern. Wie in7 gezeigt ist, sind leitungsbildende Elemente81 und82 in dem Ventilgehäuse11 vorgesehen zwischen der Regelkammer3 und dem Dreiwegeventil4 . Die Regelkammer3 ist über eine Hauptblendenleitung74 (dritte Leitung), die in den leitungsbildenden Elementen81 und82 vorgesehen ist, mit der Ventilkammer42 des Dreiwegeventils4 verbunden und andererseits über eine Hilfsblendenleitung75 (vierte Leitung), die in dem leitungsbildenden Element82 vorgesehen ist, mit der Hochdruckleitung15 . Das leitungsbildende Element81 ist des Weiteren mit einer Zweigleitung15a versehen, die von der Hochdruckleitung15 abzweigt, und einer Leitung76 (zweite Leitung), die aufwärts sich erstreckt von der Zweigleitung15a zu der Ventilkammer42 . Die Leitung76 ist bei ihrem Ende an einer Seite der Ventilkammer42 mit dem Hochdruckanschluss44 der Ventilkammer42 versehen. - Die Hauptblendenleitung
74 ist bei ihrem Ende an einer Seite des Dreiwegeventils4 mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, der die Hauptblende61 bildet, und auch mit dem Verbindungsanschluss45 der Ventilkammer42 . Die Hilfsblendenleitung75 ist mit der Zweigleitung15a verbunden und ist bei einem Ende, das zu der Zweigleitung15a mündet, mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, der die Hilfsblende62 bildet. - Der Düsenhubanschlag
8 ist bei einer unteren Endmittenfläche des leitungsbildenden Elements82 ausgebildet, das einen obere Endfläche der Regelkammer3 bildet. Der Düsenhubanschlag8 ist einer oberen Endfläche der Düsennadel2 zugewandt und begrenzt den Hubbetrag der Düsennadel2 auf einen vorgegebenen Wert.7 stellt einen Zustand dar, dass Druck in der Regelkammer3 niedrig ist und die Düsennadel2 sich bei einem maximalen Hubbetrag in Kontakt befindet mit einer Anschlagfläche (untere Endfläche) des Düsenhubanschlags8 . Eine ringförmige Vertiefung ist um den äußeren Umfang des Düsenhubanschlags8 vorgesehen zum Halten eines oberen Endes der Feder18 . Die jeweils unteren Enden der Haupt- und Hilfsblendenleitung74 und75 münden zu der ringförmigen Vertiefung. Die anderen Bauweisen des Kraftstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels sind die selben wie jene bei dem ersten Erläuterungsbeispiel. - Wenn der Düsenhubanschlag
8 nicht vorgesehen ist, wie bei dem ersten Erläuterungsbeispiel, veranlasst eine längere Zeit zum Antreiben des Dreiwegeventils4 , dass sich die Düsennadel2 kontinuierlich hebt auf Grund des hydraulischen Drucks in dem Kraftstoffsammelraum16 , selbst nachdem die Einspritzöffnung3 vollständig geöffnet ist und eine vorgegebene Einspritzrate erreicht ist. Demgemäß beansprucht es eine längere Zeit, dass die Düsennadel2 die Abwärtsbewegung beginnt und die Einspritzöffnung13 schließt, nachdem der Antrieb durch das Dreiwegeventil4 abgesperrt ist, so dass eine Ventilschließansprechcharakteristik störend beeinflusst ist. Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Düsenhubanschlag8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat jedoch eine gute Ventilschließansprechcharakteristik, da der Hubbetrag der Düsennadel3 begrenzt ist, so dass ein in Kontakttreten des oberen Endes der Düsennadel2 mit der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags8 veranlasst wird, so dass der Bewegungsbetrag der Düsennadel2 bei der Ventilschließzeit begrenzt werden kann. - Wenn jedoch eine Fläche, an der sich die Düsennadel
2 in Kontakt befindet mit dem Düsenhubanschlag8 , zu klein ist bei der Ventilschließzeit, wird der Lagerdruck in dem Kontaktbereich so groß, dass eine plastische Verformung der Fläche wahrscheinlich stattfindet. Wenn andererseits der Kontaktbereich zu groß ist, um mit dem vorstehend erwähnten Problem umzugehen, nimmt es eine längere Zeit in Anspruch, dass Hochdruckkraftstoff in einen Spalt eintritt zwischen der Düsennadel2 und dem Düsenhubanschlag8 von einem Umfang, so dass der Start des Ventilschließvorgangs durch die Düsennadel2 verzögert ist. Demgemäß ist es sehr wichtig, die Abmessung eines Kontaktbereichs in einem Ausmaß zu ermitteln, dass der Lagerdruck auf der Fläche keine plastische Verformung der Fläche verursacht und der Ventilschließvorgang der Düsennadel2 nicht störend beeinflusst wird. - Zweites Ausführungsbeispiel
- Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf
8 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Abmessung des Kontaktbereichs einfach ermittelt werden kann. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Hauptblendenleitung74 für die Verbindung der Regelkammer3 mit dem Dreiwegeventil4 in dem Düsenhubanschlag8 ausgebildet, um zu der Regelkammer3 zu münden bei einem mittleren unteren Ende des Düsenhubanschlags8 (Anschlagfläche) und nicht bei der ringförmigen Vertiefung um den Düsenhubanschlag8 herum. Des Weiteren ist die Hauptblende61 in der Hauptblendenleitung74 ausgebildet bei einem Öffnungsende der Regelkammer3 und nicht bei dem Öffnungsende zu dem Dreiwegeventil4 . Darüber hinaus ist der Düsenhubanschlag8 in einer konischen Form in einer derartigen Weise ausgebildet, dass ein Außendurchmesser des Düsenhubanschlags8 abwärts kleiner wird. Der Außendurchmesser b des Düsenhubanschlags8 bei seinem unteren Ende, das die Anschlagfläche bildet, ist kleiner als ein Durchmesser der Düsennadel2 bei seinem oberen Ende zum in Kontakt treten mit der Anschlagfläche. - Wenn bei der Ventilöffnungszeit das obere Ende der Düsennadel
2 in Kontakt tritt mit dem Düsenhubanschlag8 , wird die Hauptblendenleitung74 geschlossen, die zu der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags8 mündet. Wenn dann bei der Ventilschließzeit Hochdruckkraftstoff in die Hauptblendenleitung74 fließt über das Dreiwegeventil4 von der Hochdruckleitung15 , wird der hydraulische Druck auf ein mittleres oberes Ende der Düsennadel aufgebracht, das der Hauptblende61 zugewandt ist und mit einem Durchmesser (a) der Hauptblende übereinstimmt. Des Weiteren wird hydraulischer Druck des Kraftstoffs, der in die Hilfsblendenleitung75 fließt über die Zweigleitung15a von der Hochdruckleitung15 auf die ringförmige Vertiefung aufgebracht außerhalb des Durchmessers (b) der Anschlagfläche, die einer oberen Umfangsfläche der Düsennadel2 zugewandt ist. Demgemäß dienen beide hydraulische Drücke, die vorstehend erwähnt sind, der einfachen Bewegung der Düsennadel2 für den Ventilschließvorgang. - Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es sehr wichtig, die Abmessung der Fläche der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags
8 und die Abmessung der Fläche der oberen Endfläche der Düsennadel2 zu ermitteln. Wenn bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Düsennadel2 in Kontakt tritt mit dem Düsenhubanschlag8 , wird der Druck in der Regelkammer3 schließlich ein stabiler Druck Ps (niedriger als der Common-rail-Druck Pc), was durch die jeweiligen Durchmesser der Haupt- und Hilfsblende61 und62 bestimmt ist, da die Haupt- und Hilfsblende61 und62 miteinander verbunden sind. Dabei wird der stabile Druck Ps auf die obere Endfläche der Düsennadel2 aufgebracht und ist wirksam, um den Lagerdruck darin zu reduzieren. - Wenn andererseits bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Düsennadel
2 den maximalen Hubbetrag erreicht, wird Hochdruck (Common-rail-Druck Pc) über die Hilfsblendenleitung75 auf die obere äußere Endumfangsfläche der Düsennadel2 aufgebracht und Niederdruck (Ablassdruck) wird über die Hauptblendenleitung74 auf die obere Endmittenfläche der Düsennadel2 aufgebracht, da die Verbindung der Hauptblendenleitung74 mit der Regelkammer3 unterbrochen ist. - Um eine auf den Düsenhubanschlag
8 wirkende Kraft zu reduzieren, wird deshalb bevorzugt, eine Fläche der oberen äußeren Endumfangsfläche der Düsennadel2 zu vergrößern, auf die Hochdruck aufgebracht wird. Um einen niedrigeren Lagerdruck auf den Düsenhubanschlag8 im Vergleich mit dem bei dem ersten Ausführungsbeispiel zu gewährleisten, ist ein Verhältnis (Sout/Sa) der Fläche Sout der oberen äußeren Endumfangsfläche der Düsennadel2 zu der Fläche Sa ihrer oberen gesamten Endfläche vorzugsweise größer als Ps/Pc. Wenn gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Hauptblende61 , deren Durchmesser kleiner ist, in der Hauptblendenleitung74 bei dem Öffnungsende der Regelkammer3 vorgesehen ist, ist es relativ einfach, den Durchmesser des Düsenhubanschlags8 klein einzurichten, das heißt die Anschlagfläche klein einzurichten, so dass der Lagerdruck darauf einfach reduziert werden kann. - Zum Reduzieren des Lagerdrucks ist die Fläche, an der die Düsennadel
2 sich in Kontakt befindet mit dem Düsenhubanschlag8 (eine Fläche eines ringförmigen Abschnitts, der definiert ist durch den Außendurchmesser (b) der Anschlagfläche und einen Durchmesser (a) der Hauptblende61 ) vorzugsweise so groß wie möglich. Um andererseits den Ventilschließvorgang der Düsennadel zu beginnen, wenn der Antrieb des Dreiwegeventils4 abgesperrt ist, ist vorzugsweise die Fläche, an der sich die Düsennadel in Kontakt mit der Anschlagfläche befindet, so klein wie möglich. Angesichts der vorstehend erwähnten Umstände kann die Strukturform und die Abmessung der Düsennadel2 oder des Düsenhubanschlags8 bestimmt werden. - Da die Regelkammer
3 sich gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Weiteren immer in Kontakt befindet über die Hilfsblendenleitung75 mit der Hochdruckleitung15 , fließt Hochdruckkraftstoff von der Hilfsblendenleitung74 über die Regelkammer3 , die Hauptblendenleitung74 zu der Ventilkammer42 bei der Ventilöffnungszeit (wenn der Niederdruckanschluss43 offen ist). Wenn jedoch gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Hauptblendenleitung74 geschlossen ist durch die obere Endfläche der Düsennadel2 , fließt der Hochdruckkraftstoff nicht von einer Seite der Hilfsblende62 zu einer Seite der Hauptblende61 . - Obwohl darüber hinaus die Hauptblende
61 sich bei dem Öffnungsende zu der Regelkammer3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel befindet, kann die Hauptblende61 bei einer beliebigen Stelle der Hauptblendenleitung74 vorgesehen sein, wenn der Durchmesser der Hauptblendenleitung74 nicht kleiner ist als der Durchmesser der Hauptblende61 und wenn die Einspritzcharakteristik (die durch die Haupt- und Hilfsblende61 und62 bestimmt ist) nicht störend beeinflusst wird. - Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl an fluidbildenden Elementen
81 und82 vorgesehen zwischen der Regelkammer3 und dem Dreiwegeventil4 . Dies ist auf Grund der folgenden Gründe. Es ist wichtig, die Leitungen nicht mit einem spitzen Winkel zu schneiden, durch die Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung15 zu der Regelkammer3 oder dem Hochdruckanschluss44 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist die Zweigleitung15a , die sich senkrecht zu der Hochdruckleitung15 erstreckt, bei dem Grenzabschnitt des leitungsbildenden Elements81 und82 vorgesehen, und deshalb kann die Hilfsblendenleitung74 und die Leitung76 jeweils mit der Zweigleitung15a verbunden werden, um keinen Schnitt mit spitzen Winkeln zu haben, so dass mögliches Brechen an den Schnittabschnitten auf Grund von Hochdruck verhindert werden kann. - Drittes Ausführungsbeispiel
- Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf
9a bis9c beschrieben. Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist die Vielzahl der leitungsbildenden Elemente81 und82 notwendig. Um eine Anzahl der Teile und Komponenten zu reduzieren und Herstellkosten zu sparen, ist deshalb das leitungsbildende Element gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein einzelnes Element mit der selben Wirkung wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. - Wie in
9a gezeigt ist, ist eine Grundstruktur eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die selbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich nur darin, dass anstatt der Vielzahl der leitungsbildenden Elemente81 und82 ein säulenblockförmiges leitungsbildendes Element83 vorgesehen ist, wie in9b und9c gezeigt ist. Eine obere Endfläche83a des leitungsbildenden Elements83 bildet eine Kammerwand der Ventilkammer42 des Dreiwegeventils4 und eine unter Endfläche83b bildet eine Kammerwand der Regelkammer3 . Die Hauptblendenleitung74 zum Verbinden der Ventilkammer42 mit der Regelkammer3 ist in dem leitungsbildenden Element83 ausgebildet, um in einer Auf- und Abwärtsrichtung einzudringen entlang einem Abschnitt, der etwas versetzt ist von seiner Mitte. Die Hauptblendenleitung74 ist bei einem unteren Ende mit der Hauptblende61 versehen, deren Durchmesser kleiner ist. Das leitungsbildende Element83 ist bei seinem Umfang mit einer großdurchmessrigen Leitung versehen, die in Aufwärts- und Abwärtsrichtung eindringt zum Bilden eines Teils der Hochdruckleitung15 . - Eine kurze bogenförmige Nut
84 ist bei einem Umfang einer oberen Endfläche83a des leitungsbildenden Elements83 ausgebildet. Die Hochdruckleitung15 mündet zu einer Endseite der Nut84 und die Hilfsblendenleitung75 mündet zu ihrer anderen Endseite. Die Hilfsblendenleitung75 erstreckt sich schräg und abwärts zu einem Mittenabschnitt einer unteren Endfläche83b des fluidbildenden Elements83 , um eine Verbindung zu der Regelkammer3 herzustellen. Die Hilfsblende62 , deren Durchmesser kleiner ist, ist bei einem unteren Öffnungsende der Hilfsblendenleitung75 vorgesehen. - Des Weiteren ist eine kurze bogenförmige Nut
85 bei einem Umfang der unteren Endfläche83b des leitungsbildenden Elements83 ausgebildet. Die Hochdruckleitung15 mündet zu einer Endseite der Nut85 und die Leitung76 mündet zu ihrer anderen Endseite. Die Leitung76 erstreckt sich schräg und aufwärts zu einem Mittenabschnitt der oberen Endfläche83a des Fluid bildenden Elements83 , um eine Verbindung zu dem Hochdruckanschluss44 herzustellen, der zu einer oberen Endfläche83a des fluidbildenden Elements83 mündet. - Die Nuten
84 und85 sind Leitungen, die die Hilfsblendenleitung75 mit der Hochdruckleitung15 verbinden und die Leitung76 mit der Hochdruckleitung15 jeweils verbinden. Die Nuten84 und85 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen voneinander von einer Position der Hochdruckleitung15 , so dass die Hilfsblendenleitung76 und die Leitung76 nicht nahe zu einander kommen können. Wenn die Nuten84 und85 bei Umfängen der entgegengesetzten Enden des fluidbildenden Elements83 ausgebildet sind, stören die Nuten84 und85 nicht Ausbildungen der Regelkammer3 und der Ventilkammer42 bei deren Mittenabschnitten. - Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise, wenn die Hilfsblendenleitung
75 und die Leitung76 über die Nuten84 und85 jeweils mit der Hochdruckleitung15 verbunden sind, kann jede der Nuten84 und85 mit einem nahezu rechten Winkel schneiden oder einem stumpfen Winkel mit der Hilfsblendenleitung75 , der Leitung76 oder der Hochdruckleitung15 . Wenn die Hilfsblendenleitung75 und die Leitung76 direkt mit der Hochdruckleitung15 verbunden sind ohne Vorsehen jeweils der Nuten84 und85 , haben einige Verbindungen spitze Winkelschnitte, die schwach sind zum Tragen des Hochdrucks. Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise haben jedoch jeweilige Verbindungen der Nuten84 und85 nahezu rechtwinklige Schnitte bezüglich der Hochdruckleitung15 und haben stumpfe Winkelschnitte bezüglich der Hilfsblendenleitung75 und der Leitung76 . Demgemäß ist die Struktur stark zum Tragen des Hochdrucks und des Weiteren wird sie bei geringen Kosten hergestellt, da das fluidbildende Element83 ein einzelnes Blockelement ist. - Viertes Ausführungsbeispiel
- Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf
10 beschrieben. Wie in10 gezeigt ist, ist das leitungsbildende Element83 innerhalb einer Öffnung86 als eine Leitung vorgesehen anstatt den Nuten84 und85 , die bei der oberen und unteren Endfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind. Die Öffnung86 ist ausgebildet, um sich horizontal zu erstrecken von einem Mittelabschnitt in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung einer äußeren Umfangsfläche des leitungsbildenden Elements83 zu einer Mitte des leitungsbildenden Elements83 hin. Die Leitung76 ist ausgebildet, um sich schräg und aufwärts zu erstrecken von einem mittleren Seitenende der Öffnung86 . Die Hilfsblendenleitung75 ist ausgebildet, um sich abwärts zu erstrecken von einem mittleren Seitenende der Öffnung86 . Ein äußeres Umfangsende der Öffnung86 ist mit einem Zapfen87 gefüllt. Gemäß der erwähnten Struktur können die jeweiligen Verbindungen der Leitungen ausgebildet werden ohne Herstellen des spitzen Winkelschnitts, und das leitungsbildende Element kann ein einzelnes Element sein. - Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil wird die Ventilkammer
42 des Dreiwegeventils4 wahlweise verbunden mit einer Ablass- oder einer Hochdruckleitung17 ,15 und wird auch verbunden über die Hauptblende61 mit der Regelkammer3 zum Regeln des Ventilöffnungs- und Schließvorgangs der Düsennadel2 . Die Regelkammer kann verbunden werden über die Hauptblende und die Ventilkammer mit der Ablassleitung oder der Hochdruckleitung, wenn der Ventilkörper41 durch das piezoelektrische Stellglied5 angetrieben wird, um die Ablassleitung zu öffnen oder zu schließen und die Hochdruckleitung zu schließen oder zu öffnen. Die Regelkammer ist immer über die Hilfsblende62 mit der Hochdruckleitung verbunden ohne Umgehen des Dreiwegeventils. Demgemäß wird der hydraulische Druck in der Regelkammer langsam vermindert bei der Ventilöffnungszeit und schnell erhöht bei der Ventilschließzeit, so dass die Hubcharakteristik der Düsennadel verbessert ist.
Claims (10)
- Kraftstoffeinspritzventil (
1 ), das mit einem hydraulischen Druckkanal und einem Ablasskanal verbindbar ist, mit: einem Ventilgehäuse (11 ) mit zumindest einer Einspritzöffnung (13 ); einer Düsennadel (2 ), die gleitfähig beweglich ist in dem Ventilgehäuse (11 ) zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung (13 ); einer Regelkammer (3 ) zum Drängen der Düsennadel (2 ) in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung (13 ), wenn hydraulischer Druck darauf aufgebracht ist, und Veranlassen des Starts des Hubs der Düsennadel (2 ), wenn hydraulischer Druck einen minimalen Ventilöffnungsdruck erreicht; einer Niederdruckleitung (17 ) für die Verbindung mit dem Ablasskanal; einer Hochdruckleitung (15 ) für die Verbindung mit dem Hochdruckkanal; einem Dreiwegeventil (4 ) mit einer Ventilkammer (42 ), einem ersten, zweiten und dritten Anschluss (43 ,44 und45 ), die in der Ventilkammer (42 ) vorgesehen sind, und, einem Ventilkörper (41 ), der in der Ventilkammer (42 ) beweglich ist; einer Antriebseinrichtung (5 ) zum Antreiben des Ventilkörpers (41 ), um wahlweise den ersten oder den zweiten Anschluss (43 ,44 ) zu öffnen und zu schließen; einer ersten Leitung (22 ) zum Verbinden des ersten Anschlusses (43 ) mit der Niederdruckleitung (17 ); einer zweiten Leitung (23 ,76 ) zum Verbinden des zweiten Anschlusses (44 ) mit der Hochdruckleitung (15 ); einer dritten Leitung (24 ,71 ,74 ) mit einer Hauptblende (61 ) zum Verbinden des dritten Anschlusses (45 ) mit der Regelkammer (3 ); einer vierten Leitung (25 ,72 ,75 ) mit einer Hilfsblende (62 ) zum Verbinden der Regelkammer (3 ) mit der Hochdruckleitung (15 ), so dass Hochdruck aufgebracht werden kann auf die Regelkammer (3 ), wobei die Regelkammer (3 ) verbunden werden kann mit der Niederdruckleitung (17 ) über die dritte Leitung (24 ), die Ventilkammer (1 ) und die erste Leitung (22 ), wenn der Ventilkörper (41 ) den ersten Anschluss (43 ) öffnet und den zweiten Anschluss (44 ) schließt, und verbunden werden kann mit der Hochdruckleitung (15 ) über die dritte Leitung (24 ), die Ventilkammer (42 ) und die zweite Leitung (23 ), wenn der Ventilkörper (41 ) den ersten Anschluss (43 ) schließt und den zweiten Anschluss (44 ) öffnet wobei eine Querschnittsfläche des zweiten Anschlusses (44 ) kleiner als eine Querschnittsfläche der zweiten Leitung (76 ) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (41 ) einen durchgehend ebenen Flächenabschnitt hat, der dem zweiten Anschluss (44 ) gegenüberliegt, um den zweiten Anschluss (44 ) zu der Ventilkammer (42 ) zu öffnen und zu schließen. - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende (62 ) zu dem der Hauptblende (61 ) in einen Bereich von 0,5 bis 1,0 fällt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck auf nicht größer als 20 Mpa eingerichtet ist. - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende (62 ) gegenüber dem der Hauptblende (61 ) in einen Bereich von 0,6 bis 1,2 fällt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck auf nicht größer als 30 Mpa eingerichtet ist. - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren folgendes aufweist: eine Federkammer (18 ), die mit der Hochdruckleitung (15 ) verbunden ist, um einen Teil der Hochdruckleitung (15 ) zu bilden; und eine Feder (14 ) zum Drängen der Düsennadel (2 ) in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung (13 ), die in der Federkammer (18 ) untergebracht ist, wobei die Düsennadel (2 ) einen Kopf (21 ) hat, wobei der Kopf (21 ) der Düsennadel (2 ) in der Federkammer (18 ) untergebracht ist, wobei die Regelkammer (3 ) innerhalb der Düsennadel (2 ) ausgebildet ist, wobei die dritte Leitung (71 ) mit der Hauptblende (61 ) sich erstreckt von der Regelkammer (3 ) zu dem dritten Anschluss (45 ) über das Innere der Düsennadel (2 ) und einen Raum der Federkammer (18 ) aber ohne Verbindung mit der Federkammer (18 ), und wobei die vierte Leitung (72 ) mit der Hilfsblende (62 ) sich erstreckt von der Regelkammer (3 ) zu der Federkammer (18 ) in das Innere der Düsennadel (2 ). - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein oberes Ende der Düsennadel (2 ) in die Regelkammer (3 ) vorsteht und ein Teil einer Wand der Regelkammer (3 ) dem oberen Ende der Düsennadel (2 ) zugewandt ist und einen Anschlagabschnitt (8 ) bildet, mit dem das obere Ende der Düsennadel (2 ) in Kontakt treten kann und durch den eine Bewegung der Düsennadel (2 ) angehalten werden kann zum Begrenzen ihres Hubbetrags. - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 5, wobei die dritte Leitung (74 ) mit der Hauptblende (61 ) zu einer Fläche des Anschlagabschnitts (8 ) mündet, die der Regelkammer (3 ) zugewandt ist, so dass die dritte Leitung (74 ) geschlossen werden kann durch die Düsennadel (2 ), wenn sich das obere Ende der Düsennadel (2 ) in Kontakt befindet mit dem Anschlagabschnitt (8 ). - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 6, wobei die Hauptblende (61 ) in der dritten Leitung (74 ) ausgebildet ist bei einem Öffnungsende zu der Regelkammer (3 ). - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest die zweite (76 ) und vierte (75 ) Leitung in einem blockförmigen leitungsbildenden Element (83 ) ausgebildet sind, das angeordnet ist zwischen der Ventilkammer (42 ) und der Regelkammer (3 ), deren eine Endfläche einen Teil einer Wand der Ventilkammer (42 ) bildet und deren andere Endfläche einen Teil einer Wand der Regelkammer (3 ) bildet, wobei des Weiteren das leitungsbildende Element (83 ) mit der Hochdruckleitung (15 ) versehen ist, die eindringt von einer Endfläche zu der anderen Endfläche, einer Zweigleitung (15a ), die sich von der Hochdruckleitung (15 ) erstreckt, wobei die zweite Leitung (76 ) sich von der Zweigleitung (15a ) zu der Ventilkammer (42 ) erstreckt und die vierte Leitung (75 ) mit der Hilfsblende (62 ) sich erstreckt von der Zweigleitung (15a ) zu der Regelkammer (3 ), wobei darüber hinaus jeweilige Verbindungen der Zweigleitung (15a ) mit der Hochdruckleitung (15 ), der zweiten Leitung (76 ) und der vierten Leitung (75 ) bei einem Winkel hergestellt sind, der größer als nahezu rechtwinklig ist. - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 8, wobei die Zweigleitung (15a ) gebildet ist durch zumindest eines aus einer Öffnung (87 ), die sich horizontal erstreckt von der Hochdruckleitung (15 ) zu einem Inneren des leitungsbildenden Elements (83 ), oder einer Nut (84 ,85 ), die sich erstreckt von der Hochdruckleitung (15 ) an zumindest einer der Endflächen des leitungsbildenden Elements (83 ). - Kraftstoffeinspritzventil (
1 ) nach Anspruch 9, wobei die Nut (84 ,85 ) an jeder von entgegengesetzten Endflächen des leitungsbildenden Elements (83 ) vorgesehen ist, wobei die zweite Leitung (76 ) verbunden ist mit einer der Nuten (85 ) und die vierte Leitung (75 ) mit der Hilfsblende mit der anderen der Nuten (84 ) verbunden ist, und wobei die Nuten (84 ,85 ) sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken von der Hochdruckleitung (15 ), um die zweite (75 ) und vierte Leitung (76 ) dazwischen zu legen.
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